[发明专利]衬套管结构及其小孔强化装置与小孔疲劳强度提高方法

说明书

本发明提供一种衬套管结构，包括衬套管本体和衬套管接头，衬套管本体包括依次连接且直径依次变小的若干圆管，衬套管本体的小口端与衬套管接头的大口端连接，衬套管接头的侧壁从衬套管接头小口端的端头沿轴向开有若干开口；还提供一种小孔强化装置，包括上述的衬套管结构以及与衬套管结构配合使用的型头结构，型头结构可沿轴向插入衬套管中；还提供一种小孔疲劳强度强化方法，包括以下步骤：S1.将衬套管结构安装在一具有小孔的部件上，衬套管结构的圆管头一端插入小孔中；S2.通过一控制系统控制一动力装置推动型头结构沿轴向插入衬套管结构中。本发明能有效提高小孔的疲劳寿命。

技术领域

本发明涉及零部件制造加工领域，更具体地，涉及一种衬套管结构及其小孔强化装置及小孔疲劳强度提高方法。

背景技术

孔结构在航空构件及航空发动机领域应用广泛，如在飞机结构件的连接以及航空发动机部件上的应用。在部件使用服役过程中，孔边存在严重的应力集中，导致孔结构出现疲劳裂纹，引起部件疲劳寿命缩短，甚至容易发生疲劳断裂失效事故，引发灾难性的航空事故。随着航空器“长寿命、高可靠性、低维修成本、结构轻量化”等设计和制造要求的不断提高，孔的疲劳可靠性愈发重要，提高孔疲劳强度等已成为航空行业关切的关键技术问题之一。

除了采用更为先进的航空材料加工孔结构构件外，出现了多种抗疲劳制造技术用于提高孔的疲劳强度，如喷丸、感应淬火、干涉配合、winslow制孔、激光冲击、孔挤压等方法。但国际上认为喷丸适合用于直径为19mm以上的孔的处理，而且孔壁表面粗糙度会增加。感应淬火适用用于直径为20mm以上的孔处理，该方法会出现集肤效应、圆环效应以及临近效应等从而影响孔的强化效果。干涉配合法的干涉量很难精确控制，干涉量过大会损伤孔壁，干涉配合安装过程中产生的材料突起也影响疲劳强度。winslow制孔法通过降低孔壁表面粗糙度提高连接孔疲劳强度，但提高的疲劳寿命离散性大。激光冲击是一种高能束表面强化技术，其强化的效果受激光光斑直径和孔深度的影响，对直径小于2mm及深度大于5mm的孔很难强化，而且很难获得好的强化效果。孔挤压法受沿孔轴向方向不同厚度处的材料约束状态不同，以及材料沿芯棒移动方向的塑性流动增大了孔中部和挤出端位置材料的实际挤压量的影响，孔挤压周向残余应力沿厚度呈梯度分布、非常不均匀，通常是孔中间最大，挤出端次之，挤入端最小，当其它影响疲劳的因素一致时，挤入端非常容易产生疲劳裂纹。

现有方法应用于某类航空零件小孔(如孔径小于2mm，孔深大于5mm)时，存在不能强化提高小孔疲劳强度，或者出现强化过程执行不下去，或者出现周向残余应力沿厚度呈梯度分布、非常不均匀，导致挤入端经常出来疲劳裂纹等现象。

发明内容

本发明为克服上述背景技术中所述的小孔挤压周向残余应力沿厚度呈梯度分布、非常不均匀，通常是孔中间最大，挤出端次之，挤入端最小，当其它影响疲劳的因素一致时，挤入端非常容易产生疲劳裂纹的问题，提供一种衬套管结构、一种小孔强化装置及一种小孔疲劳强度提高方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种衬套管结构，包括衬套管本体和直筒状的衬套管接头，所述衬套管本体包括依次连接且直径依次变小的若干圆管结构，所述衬套管本体的小口端通过一锥形面与所述衬套管接头的一端连接，所述衬套管接头的周向外壁开口若干沿轴向的开口，所述开口贯穿所述衬套管接头并延伸至所述锥形面上。这样，该衬套管结构一体成型，主要由三部分构成，衬套管本体、锥形面和衬套管接头，衬套管本体由多段直形圆管状结构首尾依次连接而成(衬套管本体也可以为其他形状，但是衬套管接头必须为圆管状)，衬套管本体中圆管结构的孔径逐级减小，形成阶梯状结构，在孔径最小的管子外面那一端面连接了通过锥形面一个衬套管接头，衬套管接头的孔径最小，可以用于插入一些小孔中，衬套管接头的侧壁沿轴向开有若干开口，开口是从其端面开始延伸的，即在衬套管接头的端面变成了若干不连续的圆弧段，开口为长条形，具有一定的长度，可以延伸到锥形面甚至衬套管本体部分，不影响效果，开口的设计是为了将衬套管接头划分成若干数量的扇区，在衬套管接头内壁受到挤压时，能够发生一定的形变，往外均匀地扩张。